Инженеры из Принстонского университета представили новый метод сложной 3D-печати. Учёные создали контактные линзы, соединяющие в себе полимеры и настоящие микроскопические светодиоды. Такие линзы буквально излучают свет, однако они совершенно непригодны для ношения на глазах.

«Мы создали уникальное устройство, не рассчитывая, что ему найдётся практическое применение. Наши линзы не стоит "надевать» на глаза, хотя бы потому что они имеют внешний источник питания", — рассказывает ведущий автор исследования Майкл МакАльпин (Michael McAlpine).

Новые линзы являются наглядной демонстрацией возможности создания на 3D-принтере интегрированных объектов из сложной электроники, встроенной в различные материалы. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nano Letters.

«Данная работа показывает, что современные методики и технологии позволяют печатать на 3D-принтере сложную электронику, включая полупроводники», — поясняет МакАльпин.

Сами контактные линзы состоят из жёсткого пластика. Исследователи использовали особые нанокристаллы — квантовые точки — для создания светодиодов, способных генерировать свет с нужной длиной волны. Изменяя размеры квантовых точек, материаловеды могут варьировать цвет излучаемого света.

«Если говорить о 3D-печати буквально, то квантовые точки у нас выступили в роли чернил. В результате нескольких экспериментов мы смогли получить два цвета испускаемых лучей — зелёный и оранжевый», — говорит МакАльпин.

Аддитивное производство, оно же 3D-печать, по словам инженеров, может стать решением проблемы по созданию устройств из сложнокомбинируемых материалов.

Новое исследование является попыткой объединить электронику с пластиком, что при других условиях производства было бы сделать труднее.

Удобство же 3D-принтеров в том, что они позволяют создавать как горизонтальные, так и вертикальные структуры в электронике, тогда как любой другой метод производства предполагает конструирование лишь горизонтальных структур на плоскости с последующим наслаиванием.

Аналогичным проектом, инициирующим «совмещение несовместимого», Принстонские инженеры занимались в 2013 году, когда они представили бионическое ухо из живых клеток со встроенной радиоантенной, способной принимать сигналы.

Но если в случае с бионическим ухом инженеры стремились соединить электронику и живую ткань, то теперь перед ними стоит задача научить работать конвергентно в едином устройстве те материалы, которые считаются механически, химически или термически несовместимыми.

Для выполнения этой задачи учёным пришлось не только фундаментально подойти к проблеме, но и разработать новые способы трёхмерной печати вместо использования уже существующих. Как поясняют авторы исследования,

заданная толщина и однородность являются двумя важнейшими параметрами, определяющими производительность напечатанного устройства.

Однако для достижения максимально точных значений инженеры должны были разработать особую методику микропроизводства, которая позволяла бы объединить полимер с нанокристаллами — квантовыми точками.

Для этого команда МакАльпина создала новый 3D-принтер собственного производства, стоимость которого теперь оценивается в $20 тысяч (более миллиона рублей), и написала программное обеспечение для зарисовки наиболее точных трёхмерных моделей. Затем учёные отсканировали самую обычную контактную линзу и загрузили 3D-данные в компьютер, адаптировав их под алгоритм новой программы.

Учёные поясняют в пресс-релизе, что

они вовсе не планируют заменить традиционное производство электроники 3D-печатью. Но уже сейчас становится очевидным, в создании некоторых комплексных устройств в промышленных масштабах этой технологии нет равных.